土木工程跨界融合CAE技術(shù)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制研究

摘要：為解決應(yīng)用型本科院校土木工程專業(yè)培養(yǎng)出的人才，社會服務(wù)能力弱、就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力差問題，為緩解社會各領(lǐng)域人才供給不平衡的問題。文章基于文獻計量分析法提出以充分激發(fā)學(xué)生主動參與意識為核心的跨界融合CAE技術(shù)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制，基于SWOT分析法給出該機制適應(yīng)社會優(yōu)勢與機遇，規(guī)避人才培養(yǎng)劣勢和威脅方法。未來市場會給實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具有學(xué)科交叉優(yōu)勢的人才更多機會，開展與力學(xué)、機械有關(guān)專業(yè)學(xué)生CAE能力培養(yǎng)，如土木工程專業(yè)，更加容易。土木跨界CAE人才培養(yǎng)，構(gòu)建良好的創(chuàng)新人才教育氛圍，對推動應(yīng)用型本科院校學(xué)科交叉創(chuàng)新人才培養(yǎng)大有益處。

關(guān)鍵詞：土木工程；CAE；跨界融合；創(chuàng)新；人才培養(yǎng)

中圖分類號：F24"""""""文獻標(biāo)識碼：A""""""doi：10.19311/j.cnki.16723198.2025.05.051

近年來，在房地產(chǎn)庫存快速增加與新房銷售量大幅減少的雙重作用下，房地產(chǎn)市場去化周期已超過歷史高點。在2023年，受到經(jīng)濟衰退和市場需求減弱的影響，辦公樓的吸納周期是21.44個月，而商業(yè)用房的吸納周期則是26.87個月，2024年3月進一步提升到26.87個月和31.01個月，創(chuàng)歷史新高[1]。我國已經(jīng)告別了住房短缺時代，隨著人口總量減少和人口老齡化、少子化到來，房地產(chǎn)需求增長緩慢，呈供給過剩狀態(tài)。這就導(dǎo)致大量房地產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)型或倒閉，大量土木工程畢業(yè)生就業(yè)難度加劇。那么對于高校土木工程專業(yè)而言，必須緊跟教育改革步伐，打破傳統(tǒng)專業(yè)邊界，積極推進跨學(xué)科融合，在追求復(fù)合型人才培養(yǎng)的目標(biāo)引導(dǎo)下，積極致力于培育符合經(jīng)濟和社會發(fā)展需求的創(chuàng)新型人才。

CAE（Computer"Aided"Engineering）"技術(shù)是一種由計算機技術(shù)與工程分析技術(shù)融合而成的新興跨學(xué)科技術(shù)。其核心依賴于基于計算力學(xué)的有限元分析方法。面對未來新興產(chǎn)業(yè)與新經(jīng)濟的需求，將更加傾向于培養(yǎng)具備出色實踐能力、創(chuàng)新精神以及跨學(xué)科綜合能力的復(fù)合型人才，而非僅限于傳統(tǒng)CAE（計算機輔助工程）技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人才[2]?？紤]到土木工程專業(yè)的學(xué)生已經(jīng)深入學(xué)習(xí)了工程力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)以及有限元分析等廣泛的力學(xué)理論，因為他們擁有扎實的計算力學(xué)知識基礎(chǔ)，所以土木工程專業(yè)學(xué)生更容易培養(yǎng)成為出色的復(fù)合型CAE技術(shù)人才。

1"基于文獻計量分析土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)研究現(xiàn)狀與主要問題

1.1"研究現(xiàn)狀

裴銳在2016年針對新興本科院校在校企合作方面面臨的主要挑戰(zhàn)進行了深入分析，并結(jié)合土木工程本科教育的實際案例，探討了校企合作和產(chǎn)業(yè)教育一體化的有效途徑，基于此提出了相應(yīng)的解決策略[3]。在2018年，劉運林等人對傳統(tǒng)土木工程教育模式中存在的缺陷進行了研究分析，他們建議應(yīng)當(dāng)將裝配式建筑的先進技術(shù)和相關(guān)知識高效整合到教學(xué)中，并倡導(dǎo)將BIM信息化技術(shù)引入傳統(tǒng)的土木工程課程里[4]。2019年黃志等研究分析“新工科”背景下土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)，提出要以多學(xué)科交叉融合和跨學(xué)科教育促進創(chuàng)新思維發(fā)展[5]。2021年鄧岳保從當(dāng)前國內(nèi)外形勢和研究現(xiàn)狀出發(fā)，論證土木與機械交叉融合的復(fù)合型人才培養(yǎng)重要性，并給出了一套培養(yǎng)模式[6]。以中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫為文獻來源，檢索主題=“土木工程”和主題=“人才培養(yǎng)”的2019年至2024年1000篇文獻，應(yīng)用文獻計量分析法進一步梳理土木工程專業(yè)人才現(xiàn)狀與發(fā)展，得到關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖如圖1，得到最強引用關(guān)鍵詞圖2，圖2中發(fā)現(xiàn)實踐教學(xué)、產(chǎn)教循環(huán)、實踐關(guān)鍵詞從2022年出現(xiàn)直到現(xiàn)在一直在土木人才培養(yǎng)研究中產(chǎn)生影響，結(jié)合圖1了解到近5年來高校的人才培養(yǎng)主要聚焦在實踐教學(xué)、新工科、應(yīng)用人才、bim技術(shù)、創(chuàng)新能力這種偏向?qū)嵺`能力培養(yǎng)的研究上，發(fā)文位居前列，說明社會對于擁有實際操作技能的土木工程專業(yè)人才的需求正日益增長。

進一步對文獻開展共現(xiàn)詞聚類分析，如圖3，發(fā)現(xiàn)實踐人才培養(yǎng)與多學(xué)科，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，校企合作，產(chǎn)學(xué)合作等內(nèi)容交疊，分析到這里不難看出土木工程人才培養(yǎng)正朝向?qū)W科交叉，注重學(xué)生創(chuàng)新思維，以適應(yīng)市場的需求方向發(fā)展。

1.2"主要問題

隨著最新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的持續(xù)發(fā)展，跨學(xué)科整合已成為科學(xué)技術(shù)進步的一項關(guān)鍵趨勢。在過去的25年里，跨學(xué)科合作研究在諾貝爾獎獲獎中的比例接近50%，這凸顯了學(xué)科交叉融合的重要性[7]。與此同時，新興經(jīng)濟領(lǐng)域如大數(shù)據(jù)、智能制造、智能醫(yī)學(xué)等的興起更加凸顯了學(xué)科交叉融合在經(jīng)濟社會發(fā)展中的不可或缺性。目前的人才培養(yǎng)模式未能充分適應(yīng)跨領(lǐng)域綜合型人才的培養(yǎng)需求，主要面臨以下幾個問題。

（1）我國高等教育在培養(yǎng)專業(yè)人才方面偏向于單一學(xué)科，在土木工程專業(yè)過于細(xì)分，如工業(yè)與民用建筑方向，道路與橋梁方向，礦山建設(shè)方向，鐵路工程方向等[8]。這嚴(yán)重導(dǎo)致一個方向的衰落，影響畢業(yè)生就業(yè)，當(dāng)前土木工程專業(yè)正在面臨這一問題。

（2）要實現(xiàn)復(fù)合交叉人才的培養(yǎng)目標(biāo)，不僅需要在學(xué)科內(nèi)拓寬，還需要在學(xué)科之間交叉。然而現(xiàn)在教育，仍未打破專業(yè)邊界封閉，具有頑固的專業(yè)界限意識，認(rèn)為加強對學(xué)生跨學(xué)科、跨專業(yè)學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)不重要[9]。

（3）我國大學(xué)的師資隊伍建設(shè)在跨院系組織之間存在較大的學(xué)科壁壘，缺少跨學(xué)科課程的師資力量[2]。土木工程專業(yè)的教師也主要在本學(xué)科范圍內(nèi)開展教學(xué)及科研工作，教師個人的知識結(jié)構(gòu)和學(xué)術(shù)能力尚不能完全承擔(dān)交叉學(xué)科的教學(xué)任務(wù)。許多跨領(lǐng)域的教育工作者長期致力于特定的研究領(lǐng)域，而他們負(fù)責(zé)指導(dǎo)的學(xué)科常常與他們自身的專業(yè)背景有顯著差異，使得教研人員短期內(nèi)無法適應(yīng)從研究到教學(xué)的身份轉(zhuǎn)變。

2"基于SWOT理論模型分析土木工程跨界CAE創(chuàng)新人才培養(yǎng)前瞻性研判

針對主要面臨的問題，引入SWOT理論分析模型深入分析“土木工程跨界融合CAE技術(shù)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)”理念在解決現(xiàn)狀人才培養(yǎng)問題方面的優(yōu)勢、劣勢、機會、威脅，助力制定合理的人才培養(yǎng)機制。

2.1"優(yōu)勢

通過增強學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，可以為學(xué)生開拓更廣泛的就業(yè)機會，進而減輕土木工程專業(yè)畢業(yè)生面臨的就業(yè)市場競爭壓力。CAE技術(shù)在眾多行業(yè)里已經(jīng)成為產(chǎn)品設(shè)計與制造流程中的一個不可或缺的、強制的工藝規(guī)范實施[1011]。例如，在汽車行業(yè)中，大多數(shù)零件在未經(jīng)CAE分析并通過設(shè)計審核之前，無法進入原型制作和生產(chǎn)階段，這有助于企業(yè)在市場上取得優(yōu)勢。

國內(nèi)沒有專門的CAE技術(shù)人才培養(yǎng)專業(yè)，多是一些與力學(xué)、機械有關(guān)專業(yè)學(xué)生經(jīng)過企業(yè)培訓(xùn)從事CAE技術(shù)崗位，土木工程專業(yè)與力學(xué)課程緊密聯(lián)系，具有培養(yǎng)基礎(chǔ)優(yōu)勢。

在工業(yè)和信息化部發(fā)布《“十四五”軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中，提出了重點發(fā)展工業(yè)軟件的要求，強調(diào)了研發(fā)和推廣計算機輔助設(shè)計、仿真和計算等工具軟件的必要性，重點支持三維計算機輔助設(shè)計，結(jié)構(gòu)/流體等多物理場計算機輔助計算、基于模型的系統(tǒng)工程等產(chǎn)品研發(fā)[8]。在推動CAE技術(shù)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)具有政策優(yōu)勢。

2.2"劣勢

土木工程專業(yè)學(xué)生跨學(xué)科培養(yǎng)，專業(yè)基礎(chǔ)受限，專業(yè)知識存在諸多薄弱點，相對直接專業(yè)畢業(yè)生市場認(rèn)可度待提高。CAE技術(shù)融合了數(shù)學(xué)、物理、計算機、力學(xué)等眾多學(xué)科知識，人才培養(yǎng)門檻高、難度大。

高校CAE工程實踐教學(xué)能力不足。理論教學(xué)與工程實踐脫節(jié)，缺乏面向具體工程技術(shù)實踐內(nèi)容教學(xué)能力，選用教材內(nèi)容陳舊、諸多錯誤，優(yōu)質(zhì)資料在主機廠為保密資料，工程實踐內(nèi)容陳舊。

2.3"機會

新能源、風(fēng)電市場發(fā)展旭日東升，如火如途，涌現(xiàn)出諸多CAE技術(shù)應(yīng)用機會，就業(yè)崗位激增。國際能源署署長法提赫·比羅爾多次贊揚中國在太陽能、風(fēng)能等清潔能源以及電動汽車行業(yè)的發(fā)展方面取得的顯著成就，并稱之為清潔能源領(lǐng)域的佼佼者[9]。目前，我國汽車特別是新能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得新成效。中國首次在汽車工業(yè)技術(shù)方面引領(lǐng)全球，為全球汽車行業(yè)的轉(zhuǎn)型和發(fā)展探索了新路徑，作出了重要貢獻。據(jù)2024年中國汽車論壇報告，新能源汽車的銷量同比增長了30.1%，占到全部新車銷量的35.2%，比去年同期上升了6.9%[9]。中國消費者對新能源汽車接受度高，促進了市場快速普及。

2.4"威脅

市場波動，技術(shù)持續(xù)進步，新技術(shù)層出不窮，CAE行業(yè)生命力未知。在行業(yè)快速發(fā)展的同時，也隱藏著許多問題。例如，汽車芯片和基礎(chǔ)軟件存在不足，新一代動力電池和自動駕駛技術(shù)的競爭日益激烈。此外，國內(nèi)消費需求不旺盛，市場競爭異常激烈，甚至出現(xiàn)了一些無序競爭現(xiàn)象。許多企業(yè)的利潤下降甚至出現(xiàn)虧損，企業(yè)間的賬款拖欠情況增加。這些都對產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)的穩(wěn)定性造成了影響和沖擊。國內(nèi)自主研發(fā)CAE技術(shù)很難有一個絕對優(yōu)勢的品牌，但在汽車CAE技術(shù)環(huán)節(jié)國內(nèi)企業(yè)取得領(lǐng)先地位的確有存在，這種優(yōu)勢的取得是成功引進、吸收、消化的結(jié)果，對于其他方面CAE技術(shù)落后的自主研發(fā)企業(yè)，如何持續(xù)發(fā)展是一個問題。

3"土木工程跨界CAE創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式思考

基于SWOT理論模型分析，我們了解到了土木工程跨界CAE創(chuàng)新人才培養(yǎng)具有極高的平衡國家人才需要，緩解土木工程專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)緊張的壓力，土木工程專業(yè)學(xué)生也能把握到很多機會，但他們跨界做CAE也存在劣勢、威脅。這需要人才培養(yǎng)端從培養(yǎng)模式上入手，為學(xué)生解決未來問題。

3.1"解決劣勢問題

基于ODE理念將，將企業(yè)對人才的需求內(nèi)化為人才培養(yǎng)目標(biāo)，在培養(yǎng)過程中運用CDIO理念，強調(diào)學(xué)中做，做中學(xué)，與企業(yè)一線工程師技術(shù)交流，學(xué)生興趣社團與學(xué)科競賽融合提升數(shù)學(xué)、物理、計算機、力學(xué)綜合基礎(chǔ)能力，參與教師科研項目，參與大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目，全面培養(yǎng)學(xué)生知識、能力、素養(yǎng)。

3.2"解決威脅問題

進行深入社會調(diào)研，根據(jù)行業(yè)需求將相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)融入培養(yǎng)實踐中，廣泛、深入地加強與企業(yè)合作，邀請行業(yè)企業(yè)管理與技術(shù)人員參與培養(yǎng)模式制定，根據(jù)職業(yè)需求對接人才培養(yǎng)、產(chǎn)業(yè)需求對接專業(yè)設(shè)置、崗位需求對接課程內(nèi)容和技能要求對接教材設(shè)計的原則，構(gòu)建一個由企業(yè)和高等教育機構(gòu)共同參與的雙向教育體系。在企業(yè)遇到困難時，能持續(xù)補充人才隊伍，助力企業(yè)持續(xù)發(fā)展。

4"結(jié)論

（1）基于文獻計量分析，相對單一專業(yè)能力強，理論能力強人才需求，未來市場會給實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具有學(xué)科交叉優(yōu)勢的人才更多機會。

（2）基于文獻計量分析，科技革命和產(chǎn)業(yè)變革不斷演變，新興經(jīng)濟領(lǐng)域如大數(shù)據(jù)、智能制造、智能醫(yī)學(xué)等逐步興起，經(jīng)濟社會發(fā)展中學(xué)科交叉融合人才不可或缺。

（3）基于SWOT理論模型分析，一些與力學(xué)、機械有關(guān)專業(yè)學(xué)生，如土木工程專業(yè)學(xué)生開展CAE技術(shù)能力培養(yǎng)，具有基礎(chǔ)優(yōu)勢。

（4）基于SWOT理論模型分析，新能源、風(fēng)電市場發(fā)展旭日東升，如火如荼，出現(xiàn)諸多CAE技術(shù)應(yīng)用機會，就業(yè)崗位激增。

（5）融合跨界CAE人才培養(yǎng)機制，緩解土木畢業(yè)生就業(yè)難，社會各領(lǐng)域人才需求不平衡的問題，其培養(yǎng)模式應(yīng)充分激發(fā)學(xué)生主動性，利用社會有利條件和機遇。

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